(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方に窪みを有した貫通孔を設けたプレートと、前記プレートによって区画された第一の領域と、第二の領域とを備え、前記第一の領域と前記第二の領域および前記貫通孔の内部に液体を充填するとともに、前記貫通孔の窪みに粒子を配置し、前記粒子を透過した光を検出する化学物質同定センサ。
【請求項２】
前記第一の領域および前記第二の領域の圧力を個別に制御する手段を設けた請求項１に記載の化学物質同定センサ。
【請求項３】
前記プレートを不透明とした請求項１に記載の化学物質同定センサ。
【請求項４】
前記プレートをシリコンとした請求項１に記載の化学物質同定センサ。
【請求項５】
前記貫通孔の開口径を前記配置される粒子の外径よりも小さくした請求項１に記載の化学物質同定センサ。
【請求項６】
前記窪みは前記貫通孔の一方の開口部に設けられ、前記貫通孔の窪みを有していない開口側の領域から吸引することによって前記粒子を前記窪みに配置するための吸引手段を設けた請求項１に記載の化学物質同定センサ。
【請求項７】
前記窪みを有する貫通孔を形成したプレートの一面が前記第一の領域側に設けられ、前記第一の領域を加圧することによって前記粒子を前記窪みに配置するための加圧手段を設けた請求項１に記載の化学物質同定センサ。
【請求項８】
前記粒子の表面には、検出する化学物質と結合することにより蛍光を発するプローブが修飾されている請求項１に記載の化学物質同定センサ。
【請求項９】
前記第一の領域に光導入口が設けられ、前記第二の領域に光検出口が設けられている請求項１に記載の化学物質同定センサ。
【請求項１０】
少なくとも一方に窪みを有した貫通孔を設けたプレートと、前記プレートによって区画された第一の領域と、第二の領域とを備え、前記第一の領域と前記第二の領域および前記貫通孔の内部に液体を充填し、前記貫通孔の窪みに粒子を配置した化学物質同定センサを用いて、前記第一の領域あるいは前記第二の領域のいずれか一方の領域より、光を照射し、他方の領域より前記窪みに配置した前記粒子および前記貫通孔を通過した光の波長と光量を測定する化学物質の同定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学物質などの試料を高精度に測定することができる化学物質同定センサおよびそれを用いた同定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶液中に存在するタンパク質などを測定する方法として、ビーズの表面にタンパク質プローブを有する化学物質同定センサが知られており、この化学物質同定センサは例えばビーズの表面に生物活性剤であるプローブを吸着させ、溶液中に於いてこのプローブ部分とハイブリッタイゼーションを起こす標的物質を検出する技術が知られている。そして、この化学物質同定センサの一例としてはビーズが測定中に動かないようにビーズを基体の表面にある分離した部位に結合または付着させることのできる基体／ビーズのペアリングを使用した技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特表２００２−５３３７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の化学物質同定センサの構成では、ビーズを基体の特定の部位に配置させるため、混合、振動または攪拌などの方法によって行われ、基体と定着させるために化学物質による結合が行われるが、前記方法によって、アレイの全ての部位にビーズが配置できるとは限らず、反対に一つのアレイに複数のビーズが配置されてしまうという課題を有している。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、多数の化学物質などの標的物質とハイブリタイゼーションを起こしたビーズを確実に所定の部位に配置することができるとともに、化学的結合部位の必要のない化学物質同定センサおよびそれを用いた測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、窪みを有した貫通孔を設けたプレートと、このプレートによって区画された第一、第二の領域を備え、前記貫通孔の窪みにプローブ機能を有した微小球を配置するとともに、前記第一、第二の領域のいずれか一方の内部および前記貫通孔の内部に液体を充填した構成とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
前記構成により、ビーズを貫通孔の一部に設けた窪みに容易に配置することができるセンサ構造を実現していることから、ビーズを基体の特定の部位に化学的に結合または付着させる必要がなくなり、確実に一個のビーズを貫通孔の上部に設けた窪みに固定することができる化学物質同定センサおよびそれを用いた測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における化学物質同定センサの構成について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の化学物質同定センサの一部切り欠き斜視図であり、図２は同断面図である。図１および図２において、１はシリコンからなるプレートであり、このプレート１の一部は肉薄部１ａとなっている。
【０００９】
さらに、第一の領域４と第二の領域５は肉薄部１ａに設けられた窪み２を有した貫通孔３によってのみ連通されている。また、第一の領域４と第二の領域５の内部にはそれぞれ光ファイバーなどの光導入口８および光検出口９が設置されており、これら光導入口８および光検出口９は、さらに測定器（図示せず）へと接続されている。
【００１０】
また、第一の領域４、第二の領域５および窪み２を有した貫通孔３の内部は液体１０によって満たされている。ここで、液体１０は測定する対象化学物質が存在する液体物質である。さらに、第一の領域４および第二の領域５には蓋板の一例としてキャップ６，７が当接されており、これによって第一の領域４および第二の領域５は外部雰囲気から遮断されており、その結果として内部圧力を制御することを可能としている。
【００１１】
なお、本実施例では第一の領域４、第二の領域５を共に液体１０によって満たすとしたが、これにより貫通孔３を通って第二の領域５へ通過した光は第二の領域５を満たす液体１０の中を拡散するので、第二の領域５側に設置された光検出口９への導入が容易になるという利点も有している。しかしながら一方で、第二の領域５で光を拡散させることが好ましくない場合は第二の領域５側には液体を満たさなくてもよい。この場合は貫通孔３を通過した光は直接光検出口９へ到達する。
【００１２】
そして、窪み２の凹部には粒子（ビーズ）１１を配置しており、この粒子１１を介して化学物質の同定を行うものである。また、粒子（ビーズ）１１の材質は特に限定するものではないが、好ましくは励起光１４、検出光１５に対して透明性を有していることが好ましく、このような透明性を有している材料としては、ガラス、セラミック材料などの無機材料、あるいはポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン等の樹脂材料が適している。
【００１３】
また、粒子１１の大きさは０．５〜１００μｍ程度の直径を持つ球形であることにより、本発明のプレート１に設けた窪み２の内部へ安定した保持ができる。しかしながら、球形以外の形状について排除するものではなく、たとえば表面へのプローブ１２の付着量を増やすため、表面に凹凸があるいびつな形状であっても本発明への適用は可能である。
【００１４】
また、粒子１１の表面にはプローブ１２が付着されるが、このプローブ１２は検出対象物質１３に対応した特定の化合物として合成されたものである。例えば、ＤＮＡプローブは特定の塩基配列と結合する相補的塩基配列をもったＤＮＡであり、溶液中に特定配列を持ったＤＮＡの存在有無を判定したい場合、このＤＮＡプローブと結合（ハイブリタイゼーション）を起こすかどうかによって測定できる。
【００１５】
特に、本発明ではプローブ１２に蛍光標識を行っておき、検出対象物質１３が結合した場合に、外部からの入力光である励起光１４に対して蛍光を発するようにしておく。これにより、粒子１１の表面を通過した検出光１５はハイブリタイゼーションの有無によってその色調が変化するが、本発明のセンサでは検出光１５は貫通孔３を通過したものだけを観察することができることから、他からのノイズが少なくすることが可能であり、これによって、より高精度な化学物質の同定が可能になる。
【００１６】
なお、プローブ１２の種類はＤＮＡの他にＲＮＡ，タンパク質等を用いることが可能である。
【００１７】
次に、前記本発明の化学物質同定センサを用いて、液体１０に存在する化学物質を同定する方法について説明する。図３および図４は本発明の化学物質同定センサの使用方法を示す断面図である。ここで、図３に示す本実施の形態１の化学物質同定センサの第一の領域４においては、プレート１の窪み２の内部に、プローブ１２が表面に形成された粒子１１が保持されている。ここで、貫通孔３の開口部は粒子１１より小さいので、この粒子１１を保持する方法として第二の領域５側を減圧して貫通孔３を吸引することによって、強固な保持が容易に実現される。また、この保持方法は第一の領域４と第二の領域５の圧力差を利用したものであるので、窪み２に粒子１１を吸着させるために化学的結合部位を別途設ける必要がないという利点を有している。
【００１８】
また、第一の領域４と第二の領域５はプレート１によって仕切られていることから、第一の領域４の内部を加圧手段（図示せず）によって加圧することによって、貫通孔３を介して第二の領域５へ液体１０を移動させながら粒子１１を窪み２へと移動させながら粒子１１を窪み２に保持させることが可能となる。
【００１９】
このように、第一の領域４と第二の領域５を個別に制御できるような構成とすることによって、吸引あるいは加圧などの手段を用いて粒子１１を容易に制御することができる。さらに、液体１０を別の薬液などに容易に置換することも可能となるセンサ構造を実現することができる。
【００２０】
次に、図３に示すように第一の領域４側から励起光１４を導入すると光は第一の領域４の内部を満たした液体１０の内部を散乱しながら透過し、図に示すように窪み２を有した貫通孔３の内部へも進入する。このとき、窪み２に保持された粒子１１は貫通孔３を確実に塞いでいるので、貫通孔３を透過してきた励起光１５は粒子１１の表面を透過してきた光である。そして、図のように、溶液４の内部に検査対象物質１３が無い、あるいは濃度が低い場合、粒子１１の表面に形成されたプローブ１２が検査対象物質１３とハイブリタイゼーションは起こらず、この状態での粒子１１の表面を通過した光が検出光１５として検出され、参照応答が測定される。
【００２１】
次に、図４に示すように溶液４中に検査対象物質１３が存在する状態では、プローブ１２が検査対象物質１３とハイブリタイゼーションを起こし、この状態での粒子１１の表面を通過した検出光１５が検出される。この際、プローブ１２と検査対象物質１３がハイブリタイゼーションを起こしている状態では、プローブ１２が蛍光を発するように修飾しておけば、通過した検出光１５は蛍光を伴っており、前記参照応答と区別される。こうして、液体４の内部に検査対象物質１３が存在するかどうかが判定できるのである。
【００２２】
このように、プレート１に貫通孔３を有する窪み２を設けたことによって、確実に、プローブ１２を表面に有した粒子１１を保持できる上、貫通孔３を通過した光は必ず粒子１１の表面を通過しているので、より高精度な測定が可能である。従って、プレート１の材質は本実施の形態１にて説明したシリコン以外でも可能であるが、不透明であることがより望ましい。これによって、第二の領域５側に透過してくる光は貫通孔３を通過したものだけとなり、第二の領域５側での光検出がより高精度になる。なお、検出側である第二の領域５は必ずしも液体で満たされていなくても光検出はできるが、液体で満たされる場合には、貫通孔３を通過した光は第二の領域に存在する液体１０の内部で散乱し、光検出口９への導入が簡単になるという利点を有している。
【００２３】
さらに、本実施の形態１における保持方法では第一の領域４側を減圧雰囲気にすれば、一度保持された粒子１１でも再度、保持を解除することができることから、任意の時に粒子１１を液体１０の中に分散させて、プローブ１２と検査対象物質１３の反応を促進させることができる。例えば、検査対象物質１３が液体中に無い状態で粒子１１を窪み２に保持させて参照応答を測定した後、検査対象物質１３が含まれる液体１０を添加した後、粒子１１の保持を解除すれば粒子１１は液体１０の中に容易に分散することで検査対象物質１３とプローブ１２の反応が促進し、再度吸引によって粒子１１を保持した後に測定を行えば、参照応答との比較によって検査対象物質１３の有無判定がより高精度になるという利点を有している。
【００２４】
また、プレート１および肉薄部１ａはシリコンで構成されており、これによってプレート１および肉薄部１ａの内部に形成された窪み２および貫通孔３の加工については、半導体プロセスを用いることによって効率良く、且つ高精度に作製することが可能となる。
【００２５】
なお、肉薄部１ａに設けた窪み２を有した貫通孔３は複数個設けることによって、より確実な測定が可能である。
【００２６】
以上説明してきたように、本実施の形態１で説明してきた化学物質同定センサおよびこれを用いた化学物質の同定方法は、ウイルス、食料品産地などの特定ＤＮＡ配列の検出を行うＤＮＡセンサ、ＳＮＰ（一塩基多型）配列を検出するＳＮＰセンサ、アレルゲン（アレルギー抗原）の存在を検出する抗原センサ等、農業分野、医療分野、環境分野などに広く用いることができる。
【００２７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における化学物質同定センサについて、図面を用いて説明する。
図５に示すように、プレート１の片側を外部雰囲気に開放した構造とすることもでき、この場合は化学物質同定センサを直接液体１０につけることで、溶液１０中に存在する検査対象物質の有無を測定できる。
【００２８】
本実施の形態２では、第一の領域４を開放空間にした構造であり、第二の領域５は圧力制御口１６以外は外部雰囲気より閉じられている。この場合は、第一の領域４側が開放空間であるため、第一の領域４側の圧力を制御するために、液体１０の中へ浸水させる化学物質同定センサの液面よりの沈み込み量を制御すればよい。つまりこれを深く沈めればより強い圧力で貫通孔３へ粒子１１を保持させることができる。第二の領域５に接続された圧力制御口１６による第二の領域５の圧力制御と合わせれば、第二の領域５側を陽圧にすることによって、一度窪み２に保持された粒子１１を再度分散させることも可能である。
【００２９】
また第一の領域４は開放空間であるため、第一の領域４側に分散させる粒子１１の交換、液体１０の交換等がより簡単であるという利点を有する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかる化学物質同定センサおよびそれを用いた化学物質の同定方法は、例えば、液体中に存在する検査対象物質の有無や濃度を高精度に検出する用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１における化学物質同定センサの一部切り欠き斜視図
【図２】同化学物質同定センサの断面図
【図３】同化学物質同定センサの使用方法を示す断面図
【図４】同断面図
【図５】本発明の実施の形態２における化学物質同定センサの断面図
【符号の説明】
【００３２】
１  プレート
１ａ  肉薄部
２  窪み
３  貫通孔
４  第一の領域
５  第二の領域
６  キャップ
７  キャップ
８  光導入口
９  光検出口
１０  液体
１３  検査対象物質
１４  励起光
１５  検出光
１６  圧力制御口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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